Rukovodstvo_LR_TMP_Redaktsia_10

Рисунок 18.1 – Блок-схема программы имитационной модели

2.6.3 Порядок проведения работы

Изображение, генерируемое имитационной программой, представлено на рис. 18.2 (правая панель). В верхней части панели приводятся выборочные числовые значения измеряемых величин,

на графике отображены все значения, полученные в ходе моделирования процесса. В обозначени-

ях компонентов металлического и шлакового расплавов использованы принятые литературе ме-

таллургической тематики дополнительные знаки. Квадратные скобки обозначают принадлежность компонента металлическому расплаву, а круглые – шлаковому. Множители при обозначениях компонентов используются только для построения графика, их не следует учитывать при интер-

претации значений. Во время работы модели в каждый данный момент отображается только зна-

чение одной из измеряемых величин. Через 6 секунд оно исчезает и появляется значение следую-

щей величины. За этот промежуток времени надо успеть записать очередное значение. Для эконо-

мии времени рекомендуется неизменные цифры не записывать, например, ведущую единицу в значении температуры.

51

Рисунок 18.2 – Изображение экрана монитора при выполнении работы № 18 на разных стадиях процессов

Через пять-шесть минут после начала работы установки необходимо произвести добавку предварительно прогретого оксида марганца в шлак, что реализуется при одновременном нажатии клавиши Alt и цифровой клавиши на основной клавиатуре с номером Вашей установки.

2.6.4 Обработка и представление результатов измерений

Результаты экспериментов на промышленных установках, получение которых в работе реализуется на имитационной модели, как правило, отличаются от лабораторных испытаний одновременным изменением большого числа параметров и повышенной погрешностью результатов измерений, что затрудняет их интерпретацию и обсуждение. В этом случае приходится использовать для анализа максимально упрощенные модели и простейшие функциональные зависимости. Здесь очень важно хорошо представлять все используемые упрощения и границы их применимости. Результатом измерений в работе № 18 являются наборы дискретных значений концентраций основных реагентов в металлической ([Si], [Mn]) и шлаковой ((MnO), (FeO)) фазах, характери-

52

зующие их изменение со временем. Они дают возможность оценить численными методами скоро-

сти реакций 4 и 5, а также общую скорость перехода кремния. Реализация таких методов описана во вводной части пособия.

Анализ результатов становится намного проще и понятнее, когда взамосвязи между всей совокупностью данных отражены на графиках. В данном случае ограничимся 4-мя графиками

(диаграммами XY):

1 – зависимость температуры от времени (одна кривая),

2 – зависимости концентраций компонентов металла (кремния и марганца) от времени (две кри-

вые),

3 – зависимости концентраций компонентов шлака (оксиды марганца и железа) от времени (две кривые), 4 – зависимости скоростей перехода марганца и реакций 4 и 5, определенные по изменению со-

держаний кремния в металле и оксида железа в шлаке (три кривые).

Методом наименьших квадратов следует оценить константы скоростей прямой и обратной реакций 4 и 5 по уравнениям (18.3) и (18.4) отдельно до и после увеличения содержания марганца в шлаке и погрешности определения этих величин. Учтите, что в уравнениях отсутствует свобод-

ный член.

Порядок обработки результатов

1.Ввести результаты ручной записи информации в файл электронных таблиц.

2.Вычислить скорости процессов по концентрациям кремния и марганца в металле и оксида железа в шлаке. Используйте значение массы металла 100 кг и не забудьте учесть стехиометрические множители. Площадь межфазной поверхности не учитывайте.

3.Построить на отдельных листах графики указанных выше зависимостей.

4.Вычислить константы kf4 и kr4 процесса 4 по уравнению (18.3) и kf5 и kr5 процесса 5 по уравнению (18.4) до и после увеличения содержания марганца в шлаке и погрешности их определения.

5.Оценить значение коэффициента распределения марганца по формуле (18.6).

6.Сделать выводы по полученным результатам.

Зачетные результаты:

1. В книге электронных таблиц, представленной на проверку, на первой странице с названием «Результаты» должна быть представлена следующая информация:

a. В ячейке «А1» – константа скорости прямой реакции (4), в ячейке «В1» – единицы изме-

рения;

b.В ячейке «А2» – погрешность определения константы скорости прямой реакции (4), в ячейке «В2» – единицы измерения;

c.В ячейке «А3» – константа скорости обратной реакции (4), в ячейке «В3» – единицы из-

мерения;

d.В ячейке «А4» – погрешность определения константы скорости обратной реакции (4), в ячейке «В4» – единицы измерения;

e.В ячейке «А5» – константа скорости прямой реакции (5), в ячейке «В5» – единицы изме-

рения;

f.В ячейке «А6» – погрешность определения константы скорости прямой реакции (5), в ячейке «В6» – единицы измерения;

53

g.В ячейке «А7» – константа скорости обратной реакции (5), в ячейке «В7» – единицы из-

мерения;

h.В ячейке «А8» – погрешность определения константы скорости обратной реакции (5), в ячейке «В8» – единицы измерения;

i.Начиная с ячейки «А10» должны быть четко сформулированы выводы по работе.

В ячейках А1-А8 должны быть ссылки на ячейки на других листах книги электронных таблиц, на которых выполнены вычисления с получением представленного результата, а не сами числовые значения!

2. Правильно оформленные графики (четыре графика – восемь кривых) на отдельных листах электронных таблиц со всеми необходимыми подписями и обозначениями.

Контрольные вопросы

1.Почему возникает необходимость моделирования процессов производства стали?

2.Какова природа взаимодействия металла со шлаком и в чем это проявляется?

3.Какой потенциал называется стационарным?

4.Какой потенциал называется равновесным?

5.Что называется электродной поляризацией (перенапряжением)?

6.Что называется коэффициентом распределения марганца между металлом и шлаком?

7.От чего зависит константа распределения марганца между металлом и шлаком?

8.Какие факторы влияют на скорость перехода марганца из металла в шлак в диффузионном режиме?

9.Перечислите определяемые по результатам опытов физические величины.

10.Выберите комбинации величин для построения регламентированных в работе графиков (Ось Х, Ось Y).

11.Перечислите физические величины, определяемые по результатам опытов.

12.Перечислите ожидаемые наблюдения по результатам работы.

13.Укажите количество электронов в электродной полуреакции перехода марганца (кремния, железа) через границу металл – шлак.

14.Укажите формы существования реагентов (кремний, марганец, железо) в фазах, в которых они присутствуют.

15.Последовательно перечислите этапы восстановления марганца (железа, кремния) и механизмы их реализации.

54

Список литературы

1.Линчевский, Б.В. Техника металлургического эксперимента [Текст] / Б.В. Линчевский. –

М.: Металлургия, 1992. – 240 с.

2.Арсентьев, П.П. Физико-химические методы исследования металлургических процессов

[Текст]: учебник для вузов / П.П. Арсентьев, В.В. Яковлев, М.Г. Крашенинников,

Л.А. Пронин и др. – М.: Металлургия, 1988. – 511 с.

3.Попель, С.И. Взаимодействие расплавленного металла с газом и шлаком [Текст]: учебное пособие / С.И. Попель, Ю.П. Никитин, Л.А. Бармин и др. – Свердловск: изд. УПИ им.

С.М. Кирова, 1975, – 184 с.

4.Попель, С.И. Теория металлургических процессов [Текст]: учебное пособие / С.И. Попель,

А.И. Сотников, В.Н. Бороненков. – М.: Металлургия, 1986. – 463 с.

5.Лепинских, Б.М. Транспортные свойства металлических и шлаковых расплавов [Текст]:

Справочник / Б.М. Лепинских, А.А. Белоусов / Под. ред. Ватолина Н.А. – М.: Металлургия,

1995. – 649 с.

6.Белай, Г.Е. Организация металлургического эксперимента [Текст]: учебное пособие /

Г.Е. Белай, В.В. Дембовский, О.В. Соценко. – М.: Химия, 1982. – 228 с.

7.Панфилов, А.М. Расчет термодинамических свойств при высоких температурах [Электрон-

ный ресурс] : учебно-методическое пособие для студентов металлургического и физико-

технического факультетов всех форм обучения / А.М. Панфилов, Н.С. Семенова – Екате-

ринбург : УГТУ-УПИ, 2009. – 33 c.

8.Панфилов, А.М. Термодинамические расчеты в электронных таблицах Excel [Электронный ресурс] : методические указания для студентов металлургического и физико-технического факультетов всех форм обучения / А.М.Панфилов, Н.С. Семенова – Екатеринбург : УГТУ-

УПИ, 2009. – 31 с.

9.Краткий справочник физико-химических величин / Под. ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаре-

ва. Л. : Химия, 1983. – 232 с.

55